(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号2.3(22)申请日2022.09.15(71)申请人南京航空航天大学地址江苏省南京市江宁区将军大道29号(72)发明人(74)专利代理机构南京钟山专利代理有限公司32252专利代理师(51)Int.Cl.G01T1/178(2006.01)(54)发明名称一种中低放核废料桶测量装置及方法(57)摘要本发明公开了一种中低放核废料桶测量装置及方法，装置包括：透射源、透射源准直、旋转台、探测器准直、探测器、透射源平台等，方法为将废物桶沿轴向分为若干层并编号，通过将废物桶进行旋转，假定介质与待测放射性核素在同层环内是均匀分布，在透射测量中得到各环特征能峰的透射率从而获得各环的等效密度，基于分层分环γ扫描数字化模拟平台，提出利用二分法原理对透射分环重建失真进行修正的方法，同时对环间串扰的影响进行修正，求和校正后的各环活度得到总活度，本发明结合SGS与TGS两种测量方法的优点，在保证测量时间的同时提高废物桶活度分析结果的精确度，提高γ扫描测量技术的应用成熟度，拓展其应用领域。

权利要求书3页说明书7页附图3页.一种中低放核废料桶活度测量装置，其特征是：包括透射源、透射源准直器、旋转台、探测器准直器、探测器和分析模块，中低放核废料桶置于旋转台上，所述的旋转台能带动中低放核废料桶沿中低放核废料桶竖向轴心为轴旋转，所述的透射源准直器安装在透射源一侧，所述的探测器准直器安装在探测器一侧，透射源和探测器分别置于中低放核废料桶的两侧，所述的透射源射出的γ射线能经透射源准直器、中低放核废料桶以及探测器准直器后，被探测器接收，所述的分析模块与探测器连接，用于接收和分析探测器传来的数据。2.根据权利要求1所述的一种中低放核废料桶活度测量装置，其特征是：所述的分析模块为分层分环γ扫描数字化模拟平台。3.一种中低放核废料桶活度测量方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1：对中低放核废料桶沿高度方向分为若干层并编号，在每一分层内以中低放核废料桶旋转轴为轴心，分为若干等厚同心圆环并编号,并假定每个分层分环内样品的放射性分布和介质材料分布是均匀的；步骤2：探测器和透射源从中低放核废料桶最底层开始逐层逐环进行透射测量，每层每环均设环测线，环测线正好水平方向穿过待测分环一半厚度的位置，调整透射源及探测器的具体位置，使透射源与探测器连线与环测线重合，对中低放核废料桶逐环进行透射测量，获取透射源在各层的环测线处的特征能峰的透射率T，其中，位于内侧的环测线必然穿过对应环以及外侧的环；步骤3：利用透射测量所获得的T进行修正得到各层各环的修正后等效密度；步骤4：中低放核废料桶匀速旋转，对中低放核废料桶进行自发射测量获得各层各环的活度，利用步骤3得到的各层各环重建失真修正后的等效密度,得到各层各环的系统全能峰探测效率步骤5：进行环间串扰修正,同层各环进行校正后的活度相加，再将各层的活度相加，即得到中低放核废料桶桶内总活度。

4.根据权利要求3所述的一种中低放核废料桶活度测量方法，其特征是：步骤3中，利用透射测量所获得的前层第K次透射测量时，透射源线束穿过第i环的径迹长度半值，大小只与样品半径及分环策略有关，通过几何运算即可求解，约定K＝1表示透射源线束只通过最外一环，即第1环，μ为有中低放核废料桶存在和没有中低放核废料桶存在时透射源开束测量得到透射源某一特征能量的全能峰计数率，将透射测量中各环的射射线为理想束情况下穿透测量对象的路径长度。5.根据权利要求4所述的一种中低放核废料桶活度测量方法，其特征是：步骤3中，在分层分环γ扫描数字化模拟平台提前预设中低放核废料桶等比例模型，并录入在不同等效密度、透射射线穿透测量对象路径长度下的特征能峰的透射率，在分层分环γ扫描数字化模拟平台对等效密度ρ采用二分法进行迭代处理,修正得到各层各环的修正后等效密度，以某一层最外环开始，依次从外环向内环进行修正,具体步骤是首先设定包含各环密度大小的区间,带入迭代等效密度ρ作为设定密度区间的最大值，然后取最小值和最大值的平均值作为下一次迭代的迭代等效密度ρ时,完成一环透射重建失真的修正,此时最外环修正后等效密度为ρ6.根据权利要求5所述的一种中低放核废料桶活度测量方法，其特征是：步骤3中，基于外临近环修正的结果再对内环进行密度修正,每次修正按权利要求5所述的方法直至完成当前层中各环的密度修正，然后对所有层的每个环进行密度修正，最后得到各层各环的修正后等效密度。

7.根据权利要求6所述的一种中低放核废料桶活度测量方法，其特征是：步骤4中，对中低放核废料桶进行自发射测量获得各层各环的活度时，由于分环的缘故在测量内环的活度时不可避免的会受到外环的影响,因此对各环的活度进行环间串扰的校正,增加校正因子扣除其他环对当前环的计数贡献。8.根据权利要求7所述的一种中低放核废料桶活度测量方法，其特征是：校正因子的选取方式如下：考虑核废料桶中所有涉及到的核素以及介质，基于分层分环γ扫描数字化模拟平台建立各环处于不同介质和核素条件下得到各环的活度和相应的校正因子的数据库，通过实验所测得的各环活度与数据库中的数据进行寻找最接近的值，取其相对应的校正因子作为实际测量中各环活度的校正因子。9.根据权利要求8所述的一种中低放核废料桶活度测量方法，其特征是：步骤4中，各层各环的系统全能峰探测效率获取方式如下：基于分层分环γ扫描数字化模拟平台，通过透射分环重建失真修正得到等效密度进行实验模型重建，从测量第一层第一环的γ计数开始依次设置各层各环为单一体源得到探测器所获得的特征能量γ计数，探测器获取的特征能量γ计数与对应发射的特征γ计数的比值为所在层所在环探测器对应核素处在不同层不同环的系统全能峰探测效率，完成第一层第一环的系统全能峰探测效率模拟测量后，依次模拟测量不同环不同层γ计数时对应的各环各层的系统全能峰探测效率模拟，直至完成所有各层各环的系统全能峰探测效率。

10.根据权利要求9所述的一种中低放核废料桶活度测量方法，其特征是：步骤5中，中低放核废料桶桶内总活度的计算方法如下：其中，S(E)为某环探测的特征能量为E的全能峰计数，η为校正因子,指在只有当前环为体源时所得到的计数与当前环和其他环为体源时的得到的计数的比值，S(E)为废物桶中核素发射特征能量为E的γ射线总活度的重建值，S为桶内核素发射特征能量为E的γ射线的总活度，σ为桶内放射源活度真实值与重建值的相对误差，ε为各环的系统全能峰探测效率。一种中低放核废料桶测量装置及方法技术领域[0001]本发明属于核工业技术领域，具体涉及一种中低放核废料桶测量装置及方法。背景技术[0002]鉴于核电事业快速发展、核电厂数量前所未有的增长，大量放射性废物将会无可避免的产生。放射性废物的来源包括，核燃料循环中的浓缩和后处理等阶段、核电厂运行过 程、放射性同位素的生产和使用过程、核电设施的退役处置以及核武器工业。技术监督局出 台的《核电厂低、中水平放射性固体废物暂时贮存技术规定》(GB 14589‑1993)指出，废物出 入暂时储存场所必须明确废物来源、废物类型和比活度、表面辐射水平和污染水平等信息， 也就要求废物桶进入暂存库中必须对其内放射性物质进行测量，目前所采用的方法有分层 γ扫描( ,SGS) ,层析γ扫描( Gamma TGS)，SGS的测量原理是将废物桶轴向分若干层，假设层内物质和核素均匀分布，同时让废物桶匀速旋转(减小桶内横向介质和核素的不均匀分布)，用探测器依次对各层进行测量， 求和得到总活度，由于SGS测量假设介质和放射性核素在层内均匀分布，实际测量中，测量 样品的介质密度和放射性分布都难以完全满足层内均匀的条件，重建后的活度与真实值误 差相当大。

二十世纪九十年代在SGS技术的基础上提出的TGS，是CT技术在γ放射性核素非 破坏性定量测量中的应用，TGS技术不仅仅是对被测样品进行轴向分层，还要将分层分为若 干体块，并假设每个体块内的放射性核素及介质是均匀分布的，然后对样品进行分层分环 测量，以此为基础进行自吸收修正后估算每个体块内放射性核素的含量，将各个体块的核 素数量累计后得到整个废物桶的核素含量，对比二者优劣与局限可知，SGS测量过程简单高 效测量时间短适合工业上批量检测,但难于准确分析非均匀对象存在探测精度低的缺点, TGS可精确重建桶内介质与放射性分布,但过程之复杂、效率之低下,导致在核废物桶探测 的大规模应用受限。 发明内容 [0003] 本发明属于改善现有技术中的不足，提出一种中低放核废物桶测量装置及方法， 既能够保持分层γ扫描简单快速的优势同时又兼具与层析γ扫描可比的测量准确度，该测 量方法可称为SRGS技术(‑ gamma ,SRGS)，其原理是在SGS的基 础上，将各层内样品分为若干等厚同心圆环并编号，各环的介质和核素不同，介质与待测放 射性核素在环内是均匀分布，该假设更符合实际情况，提高非均匀被测样品测量准确度,探 测精度相较于SGS大大提高，且与TGS相比测量时间大大减少过程简单，具有很大的现实意 义，这将提高γ扫描测量技术的应用成熟度，拓展其领域。

[0004] 为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为： [0005] 一种中低放核废料桶活度测量装置，其特征是：包括透射源、透射源准直器、旋转 台、探测器准直器、探测器和分析模块，中低放核废料桶置于旋转台上，所述的旋转台能带 动中低放核废料桶沿中低放核废料桶竖向轴心为轴旋转，所述的透射源准直器安装在透射 源一侧，所述的探测器准直器安装在探测器一侧，透射源和探测器分别置于中低放核废料桶的两侧，所述的透射源射出的γ射线能经透射源准直器、中低放核废料桶以及探测器准 直器后，被探测器接收，所述的分析模块与探测器连接，用于接收和分析探测器传来的数 [0006]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括： [0007] 所述的分析模块为分层分环γ扫描数字化模拟平台。 [0008] 一种中低放核废料桶活度测量方法，包括以下步骤： [0009] 步骤1：对中低放核废料桶沿高度方向分为若干层并编号，在每一分层内以中低放 核废料桶旋转轴为轴心，分为若干等厚同心圆环并编号,并假定每个分层分环内样品的放 射性分布和介质材料分布是均匀的； [0010] 步骤2：探测器和透射源从中低放核废料桶最底层开始逐层逐环进行透射测量，每 层每环均设环测线，环测线正好水平方向穿过待测分环一半厚度的位置，调整透射源及探